典型案例

CCOM工业以太网交换机在电厂电气自动化系统中的应用


项目描述

火电厂电气自动化系统经历了三个历程:1.硬接线接入方式,电气系统的I/O系统接入接入微机分散控制系统(DCS)采用硬连接方式,该方式集中布置管理,反应速度快,但是扩展性能差,无法完成复杂的电气运行管理。2.现场总线接入方式,采用现场总线技术作为现场控制层以及现场间隔层的通信网络,但是其存在通信节点有限,通信速率低,通用性差以及网络拓扑结构不合理没有冗余等缺点。3.工业以太网接入方式,火电厂的厂级通信网络早已实现了基于以太网通信,由于民用以太网存在通信不确定性以及当网络负载重的时候存在较大的延时,以太网技术一直难以应用于控制系统,随着工业以太网技术的发展,有效的解决了通信确定性以及实时性问题,工业以太网现在正在全面覆盖火电厂电气自动化系统的通信网络。


系统描述

电厂电气自动化系统典型拓扑结构分为三层:站控层,网络层,间隔层,站控层一般是采用单机或多机系统的分布式结构,为站内值班人员提供监控管理功能,实时收集火电厂电气系统的运行参数以及故障信息,并通过对相关数据的综合分析,为故障定位,分析事故提供科学依据,并提供远程通信功能与调度中心进行数据交换。网络层指的的利用工业以太网交换机组件的冗余自愈光纤环网结构的工业以太网,还包括有规约转换装置(比如RS-485转以太网的串口联网服务器)等组成的通信网络。间隔层主要是由保护单元,测控装置组成的系统,其在通信网络或站控层故障的情况下还可以独立完成监控功能,通过接入工业以太网与站控层进行数据交换。


解决方案

火电厂自动化系统由于火电厂电气系统工作环境恶劣(现场环境高温高尘),电磁干扰强度大,电气自动化系统的设备相互之间分布分散,自动化系统对于数据采集以及设备控制的相关数据的实时性要求很高,并且随着电气自动化系统设备的智能化程度的提高,在整个通信网络上交换的数据随之大规模的增加,对于通信容量的要求也相应增加,还有就是通信网络以及系统的冗余性要求,在出现单个或者多个故障点情况下,要求整个系统仍然能够正常运转。采用光纤通信的工业以太网技术作为电气自动化系统的通信网络是最佳选择。

工业以太网技术作为电气自动化系统的通信网络需要克服以太网存在几个问题:1.数据通信的确定性问题,由于以太网采用CSMA/CD技术仲裁总线冲突,数据通信存在不确定性问题,而工业控制对于数据通信的确定性要求非常高。2.数据通信实时性问题,当以太网通信负载较重的时候,数据通信会存在一定延时,同样工业控制对于通信的延时非常苛刻。3.外部环境问题,发电厂环境复杂,高温高尘环境且电磁干扰厉害等问题。

CCOM工业以太网交换机专门针对应用工业现场环境开发,在此我们通过一个应用于发电厂电气自动化系统的典型案例来了解工业以太网交换机的相关情况,在此案例中,采用ISW-624G-P220-250W模块化工业以太网交换机,ISW-616G-P220-250W工业以太网交换机和ISW-224G-P220-250W工业以太网交换机。ISW-624G-P220-250W型,ISW-616G-P220-250W型以及ISW-224G-P220-250W型带有网络管理功能且支持环网冗余自愈功能,其用于将实时性要求不高且不重要的数据接入(比如视频监控摄像机采集的视频信号)。

针对普通以太网存在的问题,在布设工业以太网的时候,采用多种方法解决上述问题:交换机采用全双工通信方式,采用存储交换数据方式,有效避免数据冲突问题,从而解决通信的不确定性。利用ISW-624G-P220-250W型交换机的千兆光纤接口布设千兆光纤冗余环网,接入的交换机采用百兆网络带宽,同时将非重要的数据限制通信速率,保证重要数据的实时通信,使之整个通信网络完全能够负荷系统通信需要,从而有效的解决实时性问题。所有型号的交换机采用宽温设计模式,工业四级设计,主要通信线路采用光纤线路,有效避免发电厂恶劣的外部环境对其造成的影响。

由于发电厂对于数据的实时性以及冗余性要求很高,在组建工业以太网的时候采用千兆多环拓扑结构,利用ISW-624G-P220-250W相互之间组建多层环网连接站控室,能够保证单个或者多个光纤线路或者交换机出现问题,也可以在20ms之内自愈恢复保证数据正常通信,所有型号的交换机都带有故障告警功能,一旦出现掉线等故障情况,可以通过继电器输出告警信号提示网络管理人员过来维护。而ISW-224G-P220-250WISW-224G-P220-250W两种型号交换机的百兆光纤接口与ISW-224G-P220-250W型模块化工业以太网交换机扩展出的百兆光纤接口连接,组成多个小环网连接发电厂间隔层的以太网设备。而ISW-224G-P220-250W型交换机则将对实时性要求不高的非重要数据通过百兆光纤接入,甚至可以在综合考虑重要数据通信的实时性上,通过其拨码人工设置为10M的通信速率,保证重要数据的通信。


连接示意图